Derivación de una ecuación de difusión a partir de una densidad de flujo de masa dada [cerrado]

Me dan que la densidad de flujo de masa q de una sustancia en un medio obedece a la siguiente ley física.

q = D norte 3 norte norte 0 norte X + norte v ,

dónde norte ( X , t ) es la concentración de la sustancia en el medio, D es un coeficiente de difusión constante, norte 0 es un parámetro constante y v ( X , t ) es la velocidad macroscópica del medio.

Tengo las siguientes tareas:

  1. Derive una ecuación de difusión a partir de la ley física anterior.
  2. Considere un estado estacionario cuando ambos norte y v son independientes de t , luego simplifique la ecuación de difusión en la condición de estado estacionario.
  3. Determine su solución general siempre que norte 0 = 0 , v ( X ) = v 0 y q = 0 .

Mi pensamiento inicial para 1 es usar la ecuación de conservación de la masa:

norte t + q X = 0 ,
pero diferenciando q no da una respuesta particularmente elegante.

¡Alguna ayuda sería genial!

¿Por qué tiene que ser particularmente elegante?

Respuestas (1)

Creo que simplemente se supone que debes afirmar que la ecuación de difusión es:

norte t + q X = norte t + X [ norte v D norte 3 norte norte 0 norte X ] = 0

Luego, al asumir el estado estacionario en la siguiente pregunta, simplemente puede integrar para obtener:

q ( X ) = norte v D norte 3 norte norte 0 norte X = k
dónde k es una constante. Dejaré determinando la constante de integración y obteniendo la solución general para norte A usted.